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DE10252828B4 - Mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines Bauelements - Google Patents

Mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines Bauelements Download PDF

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DE10252828B4
DE10252828B4 DE10252828.4A DE10252828A DE10252828B4 DE 10252828 B4 DE10252828 B4 DE 10252828B4 DE 10252828 A DE10252828 A DE 10252828A DE 10252828 B4 DE10252828 B4 DE 10252828B4
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Chen Quincy
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Nanyang Technological University
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Epcos AG
Nanyang Technological University
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Abstract

Mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement, aufweisend einen Schichtverbund mit einer piezoelektrischen Schicht (P) und zwei DLC Schichten (C),bei dem die piezoelektrische Schicht (P) zwischen den zwei DLC Schichten (C) angeordnet ist, undbei dem zur Verbesserung der gegenseitigen Haftung der Schichten im Verbund zwischen der piezoelektrischen Schicht (P) und den DLC Schichten (C) jeweils eine SiOSchicht (S) angeordnet ist, die eine Dicke von 1 bis 20 nm aufweist.

Description

  • DLC-Schichten (diamond like carbon) zeigen eine Vielzahl einzigartiger Eigenschaften, die sie für eine Reihe von Anwendungen geeignet machen. DLC-Schichten besitzen beispielsweise eine hohe Härte und Steifigkeit, eine hohe thermische Leitfähigkeit und sind außerdem chemisch völlig inert. DLC-Schichten können daher zur Oberflächenbeschichtung unterschiedlichster Materialien eingesetzt werden, um den so beschichteten Oberflächen neue Eigenschaften zu verleihen.
  • Aufgrund der elastischen und elektrisch isolierenden Eigenschaften von DLC-Schichten wurden diese insbesondere schon zur Verwendung für mit akustischen Wellen arbeitende Bauelemente vorgeschlagen. Aus der US 6 448 688 B2 ist beispielsweise bekannt, einen Schichtverbund aus einer piezoelektrischen Schicht und einer DLC-Schicht herzustellen, wobei die elektrisch leitenden Bauelementstrukturen des SAW-Bauelements auf der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht angeordnet werden, und wobei die DLC-Schicht auf der gegenüberliegenden Oberfläche als Wärmesenke dient. In dem genannten US-Patent wird außerdem vorgeschlagen, eine DLC-Schicht auf einem mechanischen Trägersubstrat und insbesondere auf einem Halbleiterwafer aufzubringen. Durch ein geeignetes Abscheideverfahren und anschließendes Polieren der Oberfläche der DLC-Schicht wird eine zum Aufwachsen einer piezoelektrischen Schicht geeignete Oberfläche erhalten. Darauf wird anschließend eine Zinkoxidschicht abgeschieden, die als Substrat für ein SAW-Bauelement hergenommen werden kann.
  • Aus einem Artikel von Q. Zang et al. in „Thin Solid Films" 360 (2000), 274-277 ist ein Schichtverbund aus einer DLC-Schicht und einem piezoelektrischen Wafer aus einem monokristallinem Material wie Lithiumtantalat, Lithiumniobat oder Quarz bekannt. Zur Verbesserung der Haftung des DLC-Films auf dem piezoelektrischen Wafer wird in dem Artikel vorgeschlagen, eine dünne Zwischenschicht aus Siliziumcarbid zwischen der DLC-Schicht und dem Wafer anzuordnen.
  • Aus den US Patentschriften US 5 920 143 A und der US 5 838 089 A sind SAW Bauelemente mit einer DLC Schicht bekannt. Aus der US 4 223 048 A ist ein CVD Verfahren zur Bearbeitung halbleitender Wafern bekannt.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, daß Bauelemente mit einem Schichtverbund mit einer DLC-Schicht noch verbessert werden können.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Schichtverbund mit einer DLC-Schicht und einer piezoelektrischen Schicht anzugeben, der eine weiter verbesserte innere Stabilität aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Schichtverbunds sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung schlägt vor, den Verbund zwischen einer piezoelektrischen Schicht und einer DLC-Schicht durch eine dazwischen angeordnete SiO2-Schicht zu verbessern. Die SiO2-Schicht weist gegenüber den Schichtdicken der beiden anderen Schichten eine relativ geringe Schichtdicke im Bereich einiger Nanometer und insbesondere zwischen 1 und 20nm auf.
  • Mit der Erfindung wird die Stabilität des Schichtverbunds insbesondere mit den piezo-elektrischen Materialien Lithiumtantalat und Lithiumniobat erheblich verbessert. Ein solch stabilerer Schichtverbund ist bestens zur Verwendung als Substrat für mit akustischen Wellen arbeitende Bauelemente geeignet. Beim erfindungsgemäßen Schichtverbund führt der beim Betrieb der Bauelemente auftretende elektromechanische Stress nicht zum Ablösen von Teilschichten. Damit können in der Haltbarkeit verbesserte, mit akustischen Wellen arbeitende Bauelemente hergestellt werden.
  • Die piezoelektrische Schicht kann ein monokristallines Substratplättchen, also ein Wafer, sein, der zum Herstellen eines Schichtverbunds zunächst mit einer dünnen SiO2-Schicht beschichtet wird, auf die anschließend eine DLC-Schicht abgeschieden wird. Auch die DLC-Schicht ist eine Dünnschicht, deren Schichtdicke sich nach dem gewünschten Einsatzzweck richtet.
  • Eine DLC-Schicht kann als Passivierungsschicht für die piezoelektrische Schicht dienen. In diesem Fall genügt eine relativ geringe Schichtdicke von beispielsweise 50 - 500 nm. Dabei ist stets anzustreben, die DLC-Schicht nicht dicker als erforderlich zu gestalten, da zu hohe Schichten einen unnötigen Kostenfaktor darstellen und unerwünschte akustische Effekte verursachen.
  • Möglich ist es auch, die DLC-Schicht als Wärmesenke einzusetzen, um eine unnötige Erwärmung des als Substratmaterial für ein Bauelement eingesetzten Schichtverbunds zu vermeiden bzw. um darin erzeugte Wärme besser abzuleiten. Für diese Funktion ist es sinnvoll, die DLC-Schicht in einer höheren Dicke abzuscheiden, beispielsweise in einer Dicke von 0,5 - 2 µm.
  • Möglich ist es jedoch auch, den Schichtverbund mit einer in einem Dünnschichtverfahren hergestellten piezoelektrischen Schicht zu realisieren. Ein solches Verfahren erfordert ein Substrat, auf dem zunächst entweder die DLC-Schicht oder die piezoelektrische Schicht abgeschieden wird. Ein solches Substrat wird nach dem Gesichtspunkt der Oberflächenqualität und gegebenenfalls nach der Kristallorientierung der Oberfläche ausgewählt, wobei eine das Wachstum der darauf aufzubringenden Schichten unterstützende Kristallorientierung bevorzugt ist. Als Substratmaterialien können kristalline Materialien, beispielsweise Saphir, oder Halbleiter wie insbesondere Silizium, keramische Materialien, Glas oder Metalle dienen. Vor dem Aufwachsen der ersten Schicht des Schichtverbunds ist es möglich, eine wachstumsunterstützende weitere Zwischenschicht vorzusehen. Möglich ist es auch, auf dem Substrat eine Opferschicht aufzubringen, die nach dem Herstellen des Schichtverbunds durch Abscheiden auf dem Substrat bzw. auf der auf dem Substrat aufgebrachten Opferschicht schließlich wieder entfernt werden kann, wobei ein freitragender Schichtverbund erhalten bleibt. Direkt auf dem Trägersubstrat kann entweder zunächst die DLC-Schicht oder zunächst die piezoelektrische Schicht aufgebracht werden. Zur Abscheidung im Dünnschichtverfahren eignen sich z. B. piezoelektrische Schichten aus Zinkoxid oder Aluminiumnitrid. Beide Materialien können in CVD-Verfahren, gegebenenfalls plasmaunterstützt, abgeschieden werden. Auch die SiO2-Schicht wird vorzugsweise in einem CVD-Verfahren oder plasmaunterstützt in einem PECVD-Verfahren abgeschieden.
  • Ebenfalls in einem CVD-Verfahren oder einem PECVD-Verfahren wird die DLC-Schicht abgeschieden.
  • Die DLC-Schicht umfaßt ein Netzwerk aus amorphem Kohlenstoff und hydrogeniertem amorphem Kohlenstoff. Dementsprechend umfaßt das Netzwerk der DLC-Schicht sp2 und sp3 hybridisierte Kohlenstoffatome, wohingegen Diamant ausschließlich sp3 Kohlenstoffatome und Graphit ausschließlich sp2 Kohlenstoffatome enthält. Die unterschiedlich hybridisierten Kohlenstoffatome liegen in der DLC-Schicht statistisch verteilt vor, so keine größeren reinen Domänen der einen oder andern Art existieren. Dies ist auch maßgeblich für die erreichbare hohe Schichthomogenität. Dieser Befund ist konsistent mit XRD Untersuchungen der Erfinder und mit den Ergebnissen anderer Gruppen. Hochwertige DLC-Schichten weisen einen hohen Anteil an sp3 Kohlenstoff auf, so daß in der DLC Schicht wertvolle Eigenschaften des Diamant erhalten bleiben, beispielsweise die hohe mechanische Härte und Steifigkeit, die geringe Reibung, die Transparenz gegenüber IR Strahlung, die chemische Inertheit, der hohe elektrische Widerstand, die hohe thermische Leitfähigkeit u.v.a. mehr.
  • Insgesamt zeigt die DLC-Schicht ein homogenes Verhalten über die gesamte Schichtdicke. Dies betrifft auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit für akustische Wellen, insbesondere für akustische Oberflächenwellen, was für die Eigenschaften eines mit akustischen Wellen arbeiten Bauelements von ausschlaggebender Bedeutung sind. Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwelle auf einem Schichtverbund, bestehend aus einem Lithiumtantalat-Wafer, einer dünnen SiO2-Schicht und einer 0,3 µm dicken DLC-Schicht um ca. 0,4 % gegenüber der Oberflächenwellengeschwindigkeit auf reinem Lithiumtantalat abnimmt.
  • Zur Herstellung eines mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelements aus dem erfindungsgemäßen Schichtverbund werden auf einer Oberfläche des Schichtverbunds elektrisch leitende Bauelementstrukturen erzeugt. Im Falle von Oberflächenwellenbauelementen (SAW-Bauelementen) umfassen die elektrisch leitenden Bauelementstrukturen zumindest einen Interdigitalwandler, gegebenenfalls samt dazugehöriger elektrischer Zuleitungen und ggf. auch lötfähiger Metallisierungen zur Verbindung mit einer externen Schaltungsumgebung bzw. zur Kontaktierung des Bauelements. Neben dem zumindest einen Interdigitalwandler können als elektrisch leitende Bauelementstrukturen insbesondere noch Reflektoren vorgesehen sein.
  • Ein mit akustischen Volumenwellen arbeitendes Bauelement, insbesondere ein sogenannter FBAR-Resonator (thin film bulk acoustic wave resonator) weist als elektrisch leitende Bauelementstrukturen lediglich flächige Elektroden auf, die gegebenenfalls strukturiert sein können.
  • Bei SAW-Bauelementen ist es möglich, die Metallisierung für die elektrisch leitenden Bauelementstrukturen auf der Oberfläche des Schichtverbunds aufzubringen, welche die DLC-Schicht trägt. Auf diese Weise wird ein direkter Kontakt der elektrisch leitenden Bauelementstrukturen mit der piezoelektrischen Schicht vermieden. Dies ist allerdings nur in Verbindung mit sehr dünnen DLC-Schichten von wenigen nm Dicke vorteilhaft, da ansonsten die Anregung einer (L)SAW nicht mehr möglich ist. Dabei ergibt sich als Vorteil, daß die Leistungsverträglichkeit der Bauelementstrukturen und damit des Bauelements erhöht wird. Gleichzeitig sinkt allerdings die Kopplung. Für schmalbandigere Anwendungen, also für SAW Bauelemente mit geringer Bandbreite der Übertragung kann dies dennoch sinnvoll sein. Eine solche Ausführung ist bevorzugt, wenn reaktive oder gar wasserlösliche Oberflächen piezoelektrischer Materialien (Wafer oder Schichten) für eine Naßchemie kompatibel zu machen sind, beispielsweise Li2B4O7 o.ä..
  • Vorteilhafter ist es jedoch, die elektrisch leitenden Bauelementstrukturen auf der piezoelektrischen Schicht vor dem Erzeugen der DLC-Schicht anzuordnen. Die dazwischenliegende SiO2-Schicht kann vor oder nach dem Erzeugen der elektrisch leitenden Bauelementstrukturen abgeschieden werden. Ein solches Bauelement, bei dem die elektrisch leitenden Bauelementstrukturen zwischen der piezoelektrischen Schicht und der DLC-Schicht eingebettet sind, ist bezüglich seiner Leistungsverträglichkeit verbessert, da hier die Migration von Elektrodenmaterial völlig unterdrückt werden kann. Auch bei hohem auf die elektrisch leitenden Bauelementstrukturen einwirkenden elektromechanischem Stress führt dieser nicht zu einer Migration des nun eingebetteten Elektrodenmaterials und daher auch nicht zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung der elektrisch leitenden Bauelementstrukturen. In diesem Fall wirkt die DLC-Schicht und gegebenenfalls auch die darunterliegende SiO2-Schicht als Passivierungsschicht für die elektrisch leitenden Bauelementstrukturen. Da die Schichtdicken von DLC-Schicht und SiO2-Schicht während der Abscheidung gut kontrolliert werden können, sind auch die mit der DLC-Schicht passivierten Bauelementstrukturen bezüglich ihrer Struktur und Abmessungen gut einstellbar und sicher kontrollierbar. Es können eingebettete elektrisch leitende Bauelementstrukturen mit genau vorgegebener Schichtdicke und Strukturbreite erzeugt werden. Die Homogenität der DLC-Schicht bezüglich der Zusammensetzung und der Schichtdicke ermöglicht es außerdem, die akustischen Eigenschaften des Schichtverbunds exakt zu berechnen und elektrisch leitende Bauelementstrukturen (insbesondere Interdigitalwandler) mit exakt berechenbaren und auf die akustischen Eigenschaften des Schichtverbunds abgestellten Dimensionen herzustellen.
  • Gemäß der Erfindung umfaßt der Schichtverbund zwei DLC-Schichten, die auf zwei einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen einer piezoelektrischen Schicht vorgesehen sind, wobei jeweils eine dünne SiO2-Schicht zwischen DLC-Schicht und piezoelektrischer Schicht angeordnet ist. In dieser Ausführung kann eine DLC-Schicht als Passivierung dienen, während die weitere, in einer höheren Dicke ausgeführte DLC-Schicht auf der gegenüberliegenden Seite des Schichtverbunds als Wärmesenke dienen kann. Bei einem FBAR-Resonator kann die weitere DLC-Schicht als weitere funktionelle Schicht dienen, beispielsweise zum Einstellen der Dielektrizitätskonstante oder als Teil eines akustischen Spiegels. Die DLC-Schicht kann auch als Trimm-Schicht zum exakten Einstellen der Resonanzfrequenz eingesetzt werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen sieben Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils einen schematischen Querschnitt durch je einen erfindungsgemäßen Schichtverbund oder ein auf diesem Schichtverbund aufgebautes Bauelement.
    • 1 zeigt einen Schichtverbund mit einem piezoelektrischen monokristallinem Material,
    • 2 zeigt einen auf einem Trägersubstrat aufgebauten Schichtverbund,
    • 3 zeigt einen weiteren auf einem Trägersubstrat aufgebauten Schichtverbund mit vertauschter Schichtreihenfolge,
    • 4 zeigt einen Schichtverbund mit einem piezoelektrischen Wafer und zwei DLC-Schichten,
    • 5 zeigt ein SAW-Bauelement auf dem Schichtverbund,
    • 6a zeigt ein SAW-Bauelement mit in den Schichtverbund integrierten elektrisch leitenden Bauelementstrukturen, wobei die elektrisch leitenden Strukturen zwischen SiO2- und DLC-Schicht angeordnet sind.
    • 6b zeigt ein SAW-Bauelement mit in den Schichtverbund integrierten elektrisch leitenden Bauelementstrukturen, wobei die elektrisch leitenden Strukturen zwischen piezoelektrischem Substrat und SiO2-Schicht angeordnet sind.
    • 7 zeigt einen FBAR-Resonator.
  • 1 zeigt einen Schichtverbund, der auf einem piezoelektrischen Wafer aus Lithiumtantalat (LT) oder Lithiumniobat (LN) aufgebaut ist. Dazu wird auf der Oberfläche des Wafers P eine SiO2-Schicht S abgeschieden. Es wird vorzugsweise ein PECVD-Verfahren eingesetzt, wobei als reaktives Gas Silan (SiH4) verwendet wird. Als geeignetes Oxidationsmittel kann Distickstoffmonoxid (N2O) eingesetzt werden.
  • Zur Abscheidung wird vorzugsweise eine Substrattemperatur von ca. 300° C eingestellt, wobei in der Abscheidekammer ein Gasdruck von ca. 67 Pa (0,5 Torr) und eine Gasdurchflußgeschwindigkeit 30 sccm für das Silan und 300 sccm für das N2O eingestellt werden. Das Plasma wird mit einer beispielsweise bei 13,56 MHz mit einer Leistung von etwa 30 - 50W arbeitenden HF-Quelle erzeugt. Wenn gewünscht, kann die Abscheideleistung bis ca. 200 W gesteigert werden.
  • Nachdem die gewünschte Schichtdicke der SiO2-Schicht S von ca. 1 bis 20nm, beispielsweise 10 nm erreicht ist, wird ein DLC-Film C abgeschieden, vorzugsweise ebenfalls mittels PECVD. Als reaktive Gase dienen Wasserstoff und Methan (CH4) bei einem Druck von ca. 17 Pa (0,13 Torr). Als Flußraten für die Gase werden eingestellt: 20 sccm für Wasserstoff und 10 sccm für Methan. Die Plasmaabscheidung erfolgt typischerweise bei 13,56 MHz, wobei eine HF-Leistung von typischerweise 50 - 200 W eingestellt wird. Die Temperatur wird zwischen Raumtemperatur und 200°C gehalten. Das Abscheideverfahren wird so lange durchgeführt, bis die gewünschte Schichtdicke der DLC-Schicht C erreicht ist, beispielsweise 0,3 µm. 1 zeigt den so erhaltenen Schichtaufbau im schematischen Querschnitt.
  • 2 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts einen Schichtverbund, der auf einem Trägersubstrat TS erzeugt ist. Dazu wird zunächst auf einem vorzugsweise kristallinen Trägersubstrat, beispielsweise einem Siliziumwafer mit (100) Orientierung eine dünne DLC-Schicht erzeugt, wobei das im ersten Ausführungsbeispiel in Verbindung mit 1 erläuterte Verfahren eingesetzt werden kann. Eine gegebenenfalls unebene Oberfläche der erhaltenen DLC-Schicht C wird anschließend mit Hilfe eines mechanischen Polierverfahrens, beispielsweise mit Hilfe einer Diamantsplitter enthaltenden Polierscheibe, poliert, wobei eine Oberfläche mit einer Rauhigkeit von weniger als 1 nm erreicht werden kann. Es ist aber auch möglich, die DLC Schicht bereits in einer Rauhigkeit von nur ca. 0,5 nm herzustellen.
  • Über dieser DLC-Schicht C, die beispielsweise wieder in einer Dicke von 0,3 µm aufgebracht wird, wird anschließend, wie oben beschrieben, eine SiO2-Schicht S aufgebracht. Darüber wird anschließend eine piezo-elektrische Schicht P abgeschieden, beispielsweise eine Zinkoxidschicht in einem Hochfrequenzsputterverfahren. Zum Abscheiden der piezoelektrischen Schicht P werden dabei folgende Bedingungen eingestellt: Es wird ein gesinterter Zinkoxidsputterkörper als Target eingesetzt. Die Abscheidung erfolgt mit 500 W bei einer Frequenz von 13,56 MHz. Es wird eine 1:1 Argon/Sauerstoff Atmosphäre bei einer Flußrate von ca. 50 sccm eingestellt, wobei ein Gasdruck von 20 Pa aufrecht erhalten wird. Das Substrat (Trägersubstrat TS, DLC-Schicht C und dünne SiO2-Schicht S) wird bei einer Temperatur von ca. 150° C gehalten. Dabei stellt sich eine Abscheidegeschwindigkeit von 5 nm pro Minute ein. Es wird eine Schichtdicke von ca. 1 µm erzeugt.
  • 3 zeigt eine weitere Variante eines Schichtverbunds, die über einem Trägersubstrat TS erzeugt wird. Hier ist die piezoelektrische Schicht P direkt auf dem Trägersubstrat TS angeordnet. Darauf ist eine SiO2-Schicht S abgeschieden und darüber eine DLC-Schicht. Zur Herstellung der einzelnen Schichten können die im Verbindung mit 2 erläuterten Verfahren eingesetzt werden.
  • 4 zeigt einen Schichtverbund mit symmetrischem Aufbau, bei dem ausgehend von einem piezoelektrischen Wafer P auf beiden Seiten eine DLC-Schicht abgeschieden ist, wobei zwischen piezoelektrischer Schicht P und DLC-Schicht C zur besseren Haftung jeweils eine dünne SiO2-Schicht S vorgesehen ist.
  • 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemäßes SAW-Bauelement, aufgebaut auf einem solchen Schichtverbund. Über dem beispielsweise in 1 dargestellten Schichtverbund werden elektrisch leitende Bauelementstrukturen BS erzeugt, beispielsweise in Form einer zumindest Aluminium als Hauptbestandteil umfassenden ganzflächigen Metallisierung, die beispielsweise mittels eines Lift-Off-Verfahrens strukturiert wird. Die Metallisierung kann auch mehrschichtig sein und beispielsweise neben überwiegend aus Aluminium bestehenden Schichten noch Schichten härteren Materials oder Schichten besser leitfähigen Materials oder auch Sperrschichten umfassen, die die Migration von Elektrodenmaterial aus den Bauelementstrukturen unterdrücken. In der 5 ist als Bauelementstruktur BS ein Interdigitalwandler angedeutet. Zusätzlich zu der in der Figur dargestellten Anordnung kann auf der Rückseite der piezoelektrischen Schicht P eine weitere DLC-Schicht beliebiger Dicke vorgesehen sein, die beispielsweise als Wärmesenke dienen kann.
  • 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelements, bei dem die elektrisch leitenden Bauelementstrukturen BS auf der als Zwischenschicht dienenden SiO2-Schicht S angeordnet sind. Die DLC-Schicht C wird dann nach der Strukturierung der Bauelementstrukturen BS auf die Oberfläche des Bauelements über den Bauelementstrukturen BS abgeschieden. Dabei wird das Bauelement ganzflächig mit der DLC-Schicht C abgedeckt, so daß diese als Passivierung insbesondere der Bauelementstrukturen BS dienen kann. In der Figur nicht dargestellt ist eine weitere Möglichkeit, die Bauelementstrukturen BS direkt auf der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht P zu erzeugen und über den Bauelementstrukturen erst die SiO2-Schicht S und darüber die DLC-Schicht C abzuscheiden. Auch hier kann auf der Unterseite der piezoelektrischen Schicht P eine weitere DLC-Schicht vorgesehen sein.
  • Die Ausführungen gemäß den Figuren 5 und 6 können sowohl auf monokristallinen piezoelektrischen Substraten (Wafer) als auch auf Schichtverbünden verwirklicht werden, die auf Trägersubstraten TS in Dünnschichttechnik abgeschiedene, piezoelektrische Schichten P umfassen.
  • 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Schichtverbund als Substrat zur Herstellung von mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Bauelementen, insbesondere von FBAR-Resonatoren, verwendet wird. Dargestellt ist die bevorzugte symmetrische Ausführungsform, bei der eine piezoelektrische Schicht P beiderseits mit einer SiO2-Schicht S und einer DLC-Schicht C zu einem Schichtverbund erweitert ist. Ein solcher (doppelter) Schichtverbund wird nun beiderseits mit flächigen Elektroden E beschichtet, die zum Anlegen einer Wechselspannung bzw. eines hochfrequenten Signals dienen. Auch in dieser Ausführung kann die DLC-Schicht als Passivierungsschicht dienen.
  • Neben den nur auszugsweise dargestellten Anwendungen für einen Schichtverbund sind weitere Anwendungen denkbar, wobei sich aus den Eigenschaften der DLC-Schicht auch weitere, hier nicht genannte Funktionen ergeben können. Wichtig ist jedoch, daß der Schichtverbund aus piezoelektrischer Schicht, SiO2-Schicht und DLC-Schicht eine stabile Verbindung der Einzelschichten gewährleistet, die diesen auch für mechanisch anspruchsvolle Einsätze geeignet macht.

Claims (14)

  1. Mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement, aufweisend einen Schichtverbund mit einer piezoelektrischen Schicht (P) und zwei DLC Schichten (C), bei dem die piezoelektrische Schicht (P) zwischen den zwei DLC Schichten (C) angeordnet ist, und bei dem zur Verbesserung der gegenseitigen Haftung der Schichten im Verbund zwischen der piezoelektrischen Schicht (P) und den DLC Schichten (C) jeweils eine SiO2 Schicht (S) angeordnet ist, die eine Dicke von 1 bis 20 nm aufweist.
  2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die erste DLC Schicht (C) als relativ dünne Passivierungsschicht mit einer Schichtdicke von 50 - 500 nm und die zweite DLC Schicht (C) als dagegen dickere Wärmesenke mit einer Dicke von 0,5 - 2 µm ausgebildet ist, bei dem elektrisch leitende Bauelementstrukturen (BS) des Bauelements auf der relativ dünnen Passivierungsschicht angeordnet sind.
  3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die piezoelektrische Schicht (P) ein monokristallines Substratplättchen ist, ausgewählt aus LiTaO3 und LiNbO3 .
  4. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die piezoelektrische Schicht (P) eine Dünnschicht ist, ausgewählt aus ZnO und A1N.
  5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ein Substrat für ein mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement ausbildend, auf dessen Oberfläche elektrisch leitende Bauelementstrukturen (BS) angeordnet sind.
  6. Bauelement nach Anspruch 5, auf dessen Oberfläche als elektrisch leitende Bauelementstrukturen (BS) zumindest ein Interdigitalwandler zur Anregung akustischer Oberflächenwellen angeordnet ist.
  7. Bauelement nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die elektrisch leitenden Bauelementstrukturen (BS) auf der DLC Schicht (C) angeordnet sind.
  8. Bauelement nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die elektrisch leitenden Bauelementstrukturen (BS) zwischen der DLC Schicht (C) und der piezoelektrischen Schicht (P) angeordnet sind.
  9. Bauelement nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die elektrisch leitenden Bauelementstrukturen (BS) auf derjenigen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht (P) angeordnet sind, die im Verbund der DLC Schicht (C) gegenüber liegt.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements, das einen Schichtverbund aus einer piezoelektrischen Schicht (P) und zwei DLC Schichten (C) umfaßt, zwischen denen die piezoelektrische Schicht angeordnet ist, bei dem auf einem piezoelektrischen Substrat eine dünne SiO2 Schicht (S) in einem CVD oder PECVD Verfahren abgeschieden wird, bei dem auf der SiO2 Schicht in einem PECVD Verfahren eine DLC Schicht (C) abgeschieden wird, und bei dem die piezoelektrische Schicht (P) beiderseits mit einer SiO2-Schicht (S) und einer DLC-Schicht (C) zu einem Schichtverbund erweitert ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem zur Abscheidung der SiO2 Schicht (S) die Gase SiH4 und N2O bei einem Druck von 7 bis 667 Pa (0,05 bis 5,00 Torr) eingesetzt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Abscheidung der SiO2 Schicht (S) in einem PECVD Verfahren mit einer RF Leistung von 1 - 60 Watt durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die DLC Schicht (C) bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und 200°C und bei einem Druck zwischen 1 und 133 Pa (0,01 und 1,00 Torr) abgeschieden wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die Abscheidung der DLC Schicht (C) mit einer RF Leistung von 50 - 200 Watt durchgeführt wird.
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